地下工程测量学地下工程测量教程课件.ppt
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1、电子教程,地 下工 程 测 量第三章山东科技大学测绘科学与工程学院,电子教程,山东科技大学测绘科学与工程学院,在隧道工程、城市地下铁道工程、地下建(构)筑物工程以及各种地下采矿工程中。应通过平峒、斜井及竖井将地面的平面坐标系统及高程系统传递到地下,使地面与地下建立统一的坐标系统。该项工作称为联系测量。该项工作的必要性在于: 保证地下工程按照设计图纸正确施工,确保隧道的贯通。 确定地下工程(特别是地下采矿工程)与地面建筑物、铁路、河湖等之间的相对位置关系。保证采矿工程安全生产,同时及早采取预防措施,使地面建筑物、铁路免遭重大破坏。,第三章 联系测量,山东科技大学测绘科学与工程学院在隧道工程、城市
2、地下铁道工程、,山东科技大学测绘科学与工程学院,?,如何解决地面与井下的同一坐标系统?,高程,山东科技大学测绘科学与工程学院?一井定向两井定向平面坐标如何,山东科技大学测绘科学与工程学院,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院一井定向投点的方法1一井定向连,山东科技大学测绘科学与工程学院,在一个立井中悬挂两根钢丝垂球线由地面向地下传递平面坐标和方向的测量工作称为一井定向。,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院 在一个立井中悬挂两根钢,山东科技大学测绘科学与工程学院,一、投点与连接测量(一)投点,1.投点投点时,通常采用单重投点法(即
3、在投点过程中,垂球的重量不变)。单重投点可分为两类:单重稳定投点和单重摆动投点。单重稳定投点是将垂球放在水桶内,使其基本上处于静止状态,单重稳定投点只有当井筒中风流、滴水很小,垂球线基本稳定时才能应用。而单重摆动投点则让钢丝自由摆动,用专门的设备观测其摆动,从而求出它的静止位置并加以固定。,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院一、投点与连接测量投点连接1.,山东科技大学测绘科学与工程学院,2、投点误差与投向误差,投点误差,投向误差,由投点误差引起的垂球线连线的方向误差,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院2、投点误差与投向误差 投
4、点误,山东科技大学测绘科学与工程学院,1)尽量增大两垂球线间距离,并选择合理的垂球线位置;,2)定向时最好减少风机运转或增设风门,以减少风速;,3)采用高强度、小直径的钢丝,适当加大垂球重量,并将垂球浸入到稳定液中;,4)减少滴水对垂球线及垂球的影响。,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院1)尽量增大两垂球线间距离,并,3.投点设备 投点所需的设备和安装系统如图所示。缠绕钢丝(直径为0.52mm的高强度的优质碳素弹簧钢丝)的手摇绞车固定在井口附近合适的位置,钢丝通过安装在井架横梁上或罐笼中的(罐笼应用钢梁在井口托起)导向滑轮垂下。在钢丝下端挂上垂球,并将它放在装
5、有稳定液的水桶中。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第三章 联系测量(第一节 一井定向),3.投点设备山东科技大学测绘科学与工程学院第三章 联系测量(,山东科技大学测绘科学与工程学院,4.钢丝自由悬挂的检查,(1) 信号圈法,(2) 比距法,比距法是采用比较井上、井下两钢丝间距离的方法进行检查。,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院4.钢丝自由悬挂的检查 (1,山东科技大学测绘科学与工程学院,把地面上的已知点和定向水平上的永久点与垂球线连接,简称为连接。连接方法有连接三角形法、四边形法和瞄直法。,井下连接测量,地面连接测量,第三章 联系测量(第一节 一井定向),
6、山东科技大学测绘科学与工程学院二、连接 把地面上的已知,山东科技大学测绘科学与工程学院,连接三角形应满足的条件:(1)点C与D及点C与D要彼此通视,且CD与CD的边长要大于20m;(2) 三角形的锐角和要小于2;构成最有利的延伸三角形;(3)a/c与b/c的值要尽量小一些,一般应小于1.5 。,连接三角形示意图,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院 连接三角形应满足的条件:连接,山东科技大学测绘科学与工程学院,地面连接测量:在C点安置经纬仪测量出和两个角度,并丈量a、b、c三条边的边长。,地下连接测量:在C点安置仪器测量出 和两个角度,并丈量a、b、c 三条边的
7、边长。,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院1.外业测量 地面连接测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,1)连接三角形的解算,运用正弦定理,解算出,,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院2.内业计算1)连接三角形的解,山东科技大学测绘科学与工程学院,2)测量和正确性的检核,(1)角的检验,()两垂球线间距离的检查,当井上连接三角形中dmm、井下连接三角形中d 4mm时,连接三角形的三个内角+=180。若有少量残差可平均分配到、上。,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院2)测量和正确性的检核(1)角,
8、山东科技大学测绘科学与工程学院,)计算井下起始点坐标和方位角,将井上、井下连接图形视为一条导线,如DCABCD,按照导线的计算方法求出井下起始点C的坐标及井下起始边CD的方位角。,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院)计算井下起始点坐标和方位角,山东科技大学测绘科学与工程学院,)计算井下起始点坐标和方位角,将井上、井下连接图形视为一条导线,如DCABCD,按照导线的计算方法求出井下起始点C的坐标及井下起始边CD的方位角。,E,D,C,A,B,C,D,E,第三章 联系测量(第一节 一井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院)计算井下起始点坐标和方位角,山东科技大学
9、测绘科学与工程学院,当地下工程中有两个竖井,且两井之间在定向水平上有巷道相通并能进行测量时,应采用两井定向。两井定向就是在两井筒中各挂一根垂球线,在地面上测定两垂球线的坐标,并计算其连线的坐标方位角。然后在井下巷道中,用经纬仪导线将两垂球线进行连测。,第三章 联系测量(第二节 两井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院 当地下工程中,山东科技大学测绘科学与工程学院,在两个竖井中各悬挂一根垂球线A和B,一般采用单重稳定投点。由地面控制点布设导线测定两垂球线A、B的坐标(包括两种连接方案)。在地下定向水平沿巷道采用导线将A、B两垂球线连接起来,井上下采用的连测导线的精度等级应按定向的精度要求选择。
10、,第三章 联系测量(第二节 两井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院 在两个竖井中各悬挂一根,山东科技大学测绘科学与工程学院,内业计算时,首先由地面测量结果求出两垂球线的坐标xA、yA、xB、yB,并计算出A、B连线的坐标方位角AB和长度cAB。,因地下定向水平的导线构成无定向导线,为解算出地下各点的坐标。假设A为假定坐标系的原点,A1边为假定纵轴x轴方向。由此可计算出地下各点在假定坐标系中的坐标,并求出A、B连线在假定坐标系中的坐标方位角AB及长度cAB。,第三章 联系测量(第二节 两井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院 内业计算时,首先由,山东科技大学测绘科学与工程学院,式中:H为竖
11、井深度;R为地球的平均曲率半径。c应小于地面和地下连接测量中误差的两倍。,第三章 联系测量(第二节 两井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院 式中:H为竖井深度;R为,山东科技大学测绘科学与工程学院,由此可计算出:,依此可重新计算出地下各点的坐标。由于测量误差的影响,地下求出的B点坐标与地面测出的B点坐标存有差值。如果其相对闭合差符合测量所要求的精度时,可进行分配。因地面连接导线精度较高,可将坐标增量闭合差按边长或坐标增量成比例反号分配给地下导线各坐标增量上。最后计算出地下各点的坐标。,第三章 联系测量(第二节 两井定向),山东科技大学测绘科学与工程学院由此可计算出: 依此可重,山东科技大学
12、测绘科学与工程学院,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),陀螺经纬仪是一种将陀螺仪和经纬仪结合在一起的仪器,一、概述,山东科技大学测绘科学与工程学院a1a2a3第三章 联系测量(,力臂,重力,力矩,相关物理知识,力矩,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院,力臂重力力矩相关物理知识力矩第三章 联系测量(第三节 陀,动量矩,相关物理知识,动量矩,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院,动量矩相关物理知识动量矩第三章 联系测量(第三节 陀螺定,动量矩,遵循右手定则,相关物理知识,进动角速度,力矩,进动角速度,第三章 联系测量(第三节 陀螺
13、定向),山东科技大学测绘科学与工程学院,进动动量矩遵循右手定则相关物理知识进动角速度力矩动进进动,山东科技大学测绘科学与工程学院,凡是绕其质量对称轴高速旋转的物体均称为陀螺。因此陀螺仪的主要部件是一个匀质的转子,它的质量集中在边缘上,可绕其质量对称轴高速旋转。其转速达到每分钟20000转左右。,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院 凡是绕其质量对称轴高,山东科技大学测绘科学与工程学院,二、陀螺仪的基本特性,没有任何外力,具有3个自由度,自由陀螺仪,无外力矩,自转轴指向恒定方向,定轴性,有外力矩,按一定规律产生进动,进动性,顺,逆,逆,顺,杠杆陀螺仪,第三章 联系
14、测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院二、陀螺仪的基本特性没有任何外,山东科技大学测绘科学与工程学院,杠杆陀螺仪,钟摆式陀螺仪,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院杠杆陀螺仪钟摆式陀螺仪第三章,地平面,子午面,(一)地球自转及其对陀螺仪的作用,三、陀螺经纬仪工作原理,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院,赤道 午 初 线 本 子地平面子午面(一)地球自转及其对陀,山东科技大学测绘科学与工程学院,对陀螺仪无影响,使陀螺仪产生进动,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院对陀螺仪无影响使陀
15、螺仪产生进动,山东科技大学测绘科学与工程学院,地平面绕 轴旋转引起的力矩为,轴进动的角速度为,陀螺仪轴平行与地平面,陀螺仪轴与地平面不平行,陀螺动量矩,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),山东科技大学测绘科学与工程学院地平面铅垂线地平面铅垂线地平面,(二)陀螺仪与子午面的相对运动,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),(二)陀螺仪与子午面的相对运动第三章,四、陀螺经纬仪的基本结构 陀螺经纬仪按灵敏部的结构方式,可分为悬挂式、液体漂浮式几混合式,近代陀螺经纬仪大都采用悬挂式(如图)。对于悬挂式的陀螺经纬仪按结构可分为两类:一类是陀螺仪架在经纬仪之上,陀螺仪作为上架附件,不定向时可将其卸下,经纬
16、仪可单独使用(简称上架式) ;另一类是将陀螺仪安装在经纬仪的下部,两者紧密相连,经纬仪不能单独使用(简称下架式)。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),四、陀螺经纬仪的基本结构山东科技大学测绘科学与工程学院第三章,1.悬挂式陀螺仪的组成1)灵敏部 灵敏部为陀螺仪的核心部分,包括悬挂带、导流丝、陀螺马达、陀螺房及反光镜等部件。2)光学观测系统3)锁紧限幅机构4)陀螺仪外壳2经纬仪3陀螺电源 由蓄电池组、充电器、逆变器等组成。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第三章 联系测量(第三节 陀螺定向),1.悬挂式陀螺仪的组成山东科技大学测绘科学与工程学院第三章,山东科技
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